Рентгеновский микроскоп стал втрое зорче экспресс
Рентгеновский луч способен заглянуть внутрь непрозрачного куска металла и показать, где в нём спрятались трещины или напряжения. Но чтобы разглядеть такие дефекты, луч нужно собрать в очень узкий пучок — как солнечный свет собирают лупой в горячую точку. В рентгеновском микроскопе роль лупы играет линза. Только стекло для рентгена не годится: лучи проходят его насквозь, почти не преломляясь. Поэтому учёные делают линзы из множества чередующихся слоёв двух материалов — молибдена и кремния. Каждый слой отклоняет луч на крошечный угол, и все вместе они сводят его в точку.
Авторы новой работы поставили в рентгеновский микроскоп на синхротроне ESRF (во Франции, в Гренобле) не одну такую слоёную линзу, а две, повёрнутые друг относительно друга крест-накрест. Каждая линза фокусирует луч в одном направлении, а вместе они собирают его в маленькое пятно. Получилось пятно размером 56 нанометров — это втрое меньше, чем давала прежняя линза из пластика. Для сравнения: вирус гриппа имеет диаметр около 100 нанометров, так что новый микроскоп различает детали вдвое мельче вируса.
Новая линза пропускает 26,7% рентгеновского света — этого достаточно, чтобы изображение получалось ярким и контрастным. Учёные испытали микроскоп на кремниевом столбике, который соединяет слои микросхемы (такие столбики называют TSV). Им удалось увидеть, как атомы кремния выстроены внутри столбика, и заметить места, где кристаллическая решётка слегка повёрнута. Именно такие повороты часто предвещают появление трещин, из-за которых микросхема может выйти из строя.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.20309
We introduce the use of a crossed pair of Multilayer Laue Lenses (MLLs) as an objective in Dark-Field X-ray Microscopy (DFXM). In a demonstration experiment at the ID03 beamline at ESRF, two flat Mo-Si MLLs were used, with a physical aperture of 50 x 50 $$\mathrm{\mu m^2}$$ and a focal length of 14.25 mm at 19 keV. Applying a 10 % criterion to the Modulation Transfer Functions (MTFs) acquired, a spatial resolution of 56 nm is obtained in bright-field mode -- more than three times better than with a compound refractive lens (CRL) objective. The dark-field resolution is similar. With an efficiency of 26.7 % the MLL objective expands the science domain of DFXM significantly, both for bulk and near-surface studies. Similar to the CRL case, the reciprocal space resolution is dominated by the numerical aperture (NA) of the objective, with the NA being three times larger in the MLL case. This enables faster orientation mapping and implies improved options for the use of tomographic reconstruction algorithms. Although the MLL objective pupil varies with energy and position, secondary peaks are suppressed, simplifying both interpretation and forward simulations. We present an example DFXM application using the MLL as an objective, imaging a through-silicon via Kelvin device.
Новая линза сделана из чередующихся слоёв молибдена и кремния толщиной всего несколько нанометров — это как стопка из тысяч листов бумаги, но каждый лист в тысячу раз тоньше человеческого волоса.